37. Формирование планеты Земля, ее строение и эволюция.

Вопрос ранней эволюции Земли тесно связан с теорией ее происхождения. Сегодня известно, что наша планета образовалась около 4,5 млрд. лет назад. В процессе формирования Земли из частиц протопланетного облака постепенно увеличивалась ее масса. Росли силы тяготения, а следовательно, и скорости частиц, падавших на планету. Кинетическая энергия частиц превращалась в тепло, и Земля все сильнее разогревалась. При ударах на ней возникали кратеры, причем выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть земного тяготения и падало обратно.

Чем крупнее были падавшие объекты, тем сильнее они нагревали Землю. Энергия удара освобождалась не на поверхности, а на глубине, равной примерно двум поперечникам внедрившегося тела. А так как основная масса на этом этапе поставлялась планете телами размером в несколько сот километров, то энергия выделялась в слое толщиной порядка 1000 км. Она не успевала излучиться в пространство, оставаясь в недрах Земли. В результате температура на глубинах 100-1000 км могла приблизится к точке плавления. Дополнительное повышение температуры, вероятно, вызвал распад короткоживущих радиоактивных изотопов.

По-видимому, первые возникшие расплавы представляли собой смесь жидких железа, никеля и серы. Расплав накапливался, а затем вследствие более высокой плотности просачивался вниз, постепенно формируя земное ядро. Таким образом, дифференциация (расслоение) вещества Земли могла начаться еще на стадии ее формирования. Ударная переработка поверхности и начавшаяся конвекция, несомненно, препятствовали этому процессу. Но определенная часть более тяжелого вещества все же успевала опустится под перемешиваемый слой. В свою очередь дифференциация по плотности приостанавливала конвекцию и сопровождалась дополнительным выделением тепла, ускоряя процесс формирования различных зон в Земле.

Предположительно ядро образовалось за несколько сот миллионов лет. При постепенном остывании планеты богатый никелем железоникелевый сплав, имеющий высокую температуру плавления, начал кристализовываться - так (возможно) зародилось твердое внутреннее ядро. К настоящему времени оно составляет 1,7% массы Земли. В расплавленном внешнем ядре сосредоточено около 30% земной массы.

Развитие других оболочек продолжалось гораздо дольше и в некотором отношении не закончилось до сих пор.

Литосфера сразу после своего образования имела небольшую толщину и была очень неустойчивой. Она снова поглощалась мантией, разрушалась в эпоху так называемой великой бомбардировки (от 4,2 до 3,9 млрд. лет назад), когда Земля, как и Луна, подвергалась ударам очень крупных и довольно многочисленных метеоритов. На Луне и сегодня можно увидеть свидетельства метеоритной бомбардировки - многочисленные кратеры и моря (области, заполненные излившейся магмой). На нашей планете активные тектонические процессы и воздействие атмосферы и гидросферы практически стерли следы этого периода.

Около 3,8 млрд. лет назад сложилась первая легкая и, следовательно, "непотопляемая" гранитная кора. В то время планета уже имела воздушную оболочку и океаны; необходимые для их образования газы усиленно поставлялись из недр Земли в предшествующий период. Атмосфера тогда состояла в основном из углекислого газа, азота и водяных паров. Кислорода в ней было мало, но он вырабатывался в результате, во-первых, фотохимической диссоциации воды и, во-вторых, фотосинтезирующей деятельности простых организмов, таких как сине-зеленые водоросли.

600 млн лет назад на Земле было несколько подвижных континентальных плит, весьма похожих на современные. Новый сверхматерик Пангея появился значительно позже. Он существовал 300-200 млн. лет назад, а затем распался на части, которые и сформировали нынешние материки.

По своей форме Земля представляет собой геоид, приближающийся геометрически к трехосному эллипсоиду, или сфероиду. Гравитационное поле Земли обусловливает ее сферическую форму, а также удерживает атмосферу. Предполагают, что Земля возникла около 4,7 млрд лет назад из первоначального газопылевого вещества, которое затем в результате действия сил тяготения, дифференциации и разогрева образовало несколько геосферных оболочек, которые различаются по химическому составу, агрегатному состоянию и другим физическим свойствам. Обычно различают внутренние оболочки Земли, к которым относят ее ядро, мантию и земную кору, и внешние оболочки: литосферу, гидросферу и атмосферу. Все эти сферы непрерывно взаимодействуют, о чем свидетельствует не только продолжающаяся тектоническая деятельность внутренних оболочек Земли, но и постоянное воздействие атмосферы и гидросферы, а также позднее возникшей биосферы на процессы, происходящие в земной коре.

В центре Земли находится ядро, внутренняя часть которого представляет собой твердое тело, на 80% состоящее из железа и на 20% — из никеля. Внешняя часть ядра находится в жидком состоянии и содержит железо и жидкую смесь железа и серы.

Температура внутреннего ядра составляет 4500 градусов по Цельсию, а внешней его части — 3200°. Именно такая разница температур должна существовать между ними, чтобы внутреннее ядро Земли оставалось твердым, а внешнее — жидким.

Выше ядра расположена большая по своим размерам сфера земной мантии, которая по химическому составу и структуре резко отличается от ядра. Мантия состоит в основном из силикатов, являющихся соединениями кремния, в нижней ее части преобладают, по-видимому, хондриты, подобные каменным метеоритам. Верхняя часть мантии непосредственно связана с земной корой. В ней происходит образование пород, из которых складывается земная кора; именно кора вместе с частью подстилающей мантии образует литосферу. Ее размеры достигают около 100 км, и под ее давлением литосфера как бы плавает в самой верхней части мантии, которую называют астеносферой. Она, в свою очередь, опирается на более плотные и вязкие части мантии. В нижней части мантии преобладают силикаты, которые под давлением сверху приобретают особо прочную структуру.